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JP2006109735A - Wheat gluten-accumulating transformed rice plant and method for creating the same - Google Patents

Wheat gluten-accumulating transformed rice plant and method for creating the same Download PDF

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JP2006109735A
JP2006109735A JP2004299224A JP2004299224A JP2006109735A JP 2006109735 A JP2006109735 A JP 2006109735A JP 2004299224 A JP2004299224 A JP 2004299224A JP 2004299224 A JP2004299224 A JP 2004299224A JP 2006109735 A JP2006109735 A JP 2006109735A
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JP
Japan
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rice
gene
glud1
wheat
type
Prior art date
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Pending
Application number
JP2004299224A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukiko Fujisawa
由紀子 藤澤
Yoshihiro Matsuoka
由浩 松岡
Koji Murai
耕二 村井
Hisaharu Kato
久晴 加藤
Koichiro Tsunewaki
恒一郎 常脇
Yukiharu Iwasaki
行玄 岩崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fukui Prefecture
Original Assignee
Fukui Prefecture
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fukui Prefecture filed Critical Fukui Prefecture
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  • Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wheat substitute plant which accumulates proteins participating in bread productivity. <P>SOLUTION: This transformed rice plant containing the following gene (a) or (b) encoding wheat glutenin protein GluD1 y type 10. (a) The gene comprising a DNA having a specific base sequence, or (b) the gene encoding a protein comprising a specific amino acid sequence. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、製パン性に関与するコムギ由来タンパク質であるグルテニン・サブユニットの1つGluD1 yタイプ10番を蓄積する品種改良イネの作出に関する。   The present invention relates to the production of cultivar-improved rice that accumulates GluD1 y type No. 10, one of the glutenin subunits that are wheat-derived proteins involved in bread-making properties.

コムギの穀実から生産される小麦粉は、パンの主たる原料である。小麦粉に含まれるタンパク質としてはグルテニン、グリアジン、アルブミンなどがあるが、このうち、良質のパンを作るために一番重要な成分はグルテニンであると考えられている。グルテニンは、低分子及び高分子の各種グルテニン・サブユニットから構成される重合体であり、高い弾力性を有する。なお小麦粉に含まれる上記タンパク質をコードする遺伝子については、既に各種タイプの塩基配列が決定され、報告されている(例えば、非特許文献1)。   Wheat flour produced from wheat kernels is the main ingredient of bread. Proteins contained in wheat flour include glutenin, gliadin, and albumin. Of these, glutenin is considered to be the most important ingredient for producing high-quality bread. Glutenin is a polymer composed of various low molecular and high molecular weight glutenin subunits, and has high elasticity. Various types of base sequences have already been determined and reported for genes encoding the proteins contained in wheat flour (for example, Non-Patent Document 1).

近年、日本ではパン食が普及したが、一方でパンの原料であるコムギの自給率は非常に低率に留まっている。これは日本の気候がコムギの栽培にあまり適していないことが一因である。日本では、コムギは北海道の一部を除いて秋に蒔かれ、春先の3月の中旬頃から伸び始める。しかし6月上旬にはもう梅雨に入るため、コムギが成長し、花を開き、実を充実させる期間が正味3ヶ月しかなく、このため日本におけるコムギの収量増加が困難になっている。日本において良質な小麦粉を安定的に生産するためには、高製パン性であり日本の気候でも高収量が期待できるコムギ新品種の作出、あるいは高製パン性であり日本の気候でも高収量のコムギ代替植物の作出が望まれる。   In recent years, bread has become popular in Japan, but the self-sufficiency rate of wheat, which is a raw material for bread, has remained very low. This is partly because Japan's climate is not well suited for wheat cultivation. In Japan, wheat is planted in the fall, except in parts of Hokkaido, and begins to grow around mid-March in early spring. However, since the rainy season already begins in June, there is only a net three months for growing wheat, opening flowers, and fruit-filling, making it difficult to increase wheat yield in Japan. In order to stably produce high-quality wheat flour in Japan, the production of new wheat varieties that have high bread-making characteristics and high yields can be expected even in the Japanese climate, or high bread-making characteristics and high yields in the Japanese climate. Production of wheat substitute plants is desired.

従来、植物新品種の作出は、交配育種あるいは突然変異育種などを基盤としていた。しかし、交配や突然変異による育種では、基本的には個体差や偶然に期待せざるを得ないため、品種改良の成功率が必ずしも高くなく、目的の品種を得るために多大な費用と時間を要していた。この問題を解決すべく、近年では、遺伝子工学的手法を利用した植物新品種の作出が行われている。さらに、遺伝子工学的手法の発達により、交配不可能な品種間での機能付与も可能になってきた。例えば、イネに外来遺伝子産物を発現・蓄積させる試みとして、ダイズグリシニンタンパク質を発現させる研究など、多数の報告がある(特許文献1)。しかし高製パン性と高収量とが達成されたコムギ新品種又はコムギ代替植物は、これまで報告されていない。
特開2000−50871号公報 Anderson O.D. et al., Nucleic Acids Research (1989) 17 (1), p.461-462
Traditionally, the production of new plant varieties has been based on cross breeding or mutation breeding. However, breeding by mating and mutation basically requires individual differences and chances, so the success rate of breeding is not necessarily high, and a great deal of cost and time are required to obtain the desired breed. It was necessary. In recent years, new plant varieties have been produced using genetic engineering techniques to solve this problem. Furthermore, with the development of genetic engineering techniques, it has become possible to provide functions between varieties that cannot be crossed. For example, as an attempt to express and accumulate foreign gene products in rice, there have been many reports such as studies on the expression of soybean glycinin protein (Patent Document 1). However, no new wheat varieties or wheat substitute plants that have achieved high bread-making properties and high yield have been reported so far.
JP 2000-50871 A Anderson OD et al., Nucleic Acids Research (1989) 17 (1), p.461-462

本発明は、製パン性に関与するタンパク質を蓄積するコムギ代替植物を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a wheat substitute plant that accumulates proteins involved in bread-making properties.

水田による湛水栽培は、畑作にはない多くの特長をもつ。畑作では、特定の成分が欠乏したり、老廃物が溜まったり、病害を起こす生物が増えたりする連作障害を生じる可能性が高い。一方、水田では、灌漑水によって欠けた成分が運び込まれ、老廃物が洗い流される。病害を起こす生物も水をかぶった土中では生き残るのが難しい。水田はまた気温の変動を和らげ、洪水の緩和に役立つ。逆に、畑地では、表土は雨水や風によって運び去られ、土壌の侵食・亡欠が起こる。   Paddy field cultivation has many features not found in field cropping. In field cropping, there is a high possibility of causing a continuous cropping disorder in which specific components are deficient, waste products are accumulated, and organisms causing disease are increased. On the other hand, in paddy fields, the missing components are brought in by irrigation water, and waste products are washed away. Disease-causing organisms are difficult to survive in water-covered soil. Paddy fields also help to mitigate flooding by mitigating temperature fluctuations. Conversely, in upland fields, the topsoil is carried away by rainwater and wind, causing soil erosion and loss.

また、日本では現在、水田をフルに使ってイネを育てると1年に1500万トンの米が生産できるにもかかわらず、最近の米の消費量の低下により、水田の約40%(600万トン相当)がイネの作付け制限を受けている。一方、コムギに関しては、日本の単位面積当たりの生産量が極めて低く、輸入量が年間600万トンに達する。この輸入量は、ちょうど、イネの作付け制限を受けている面積に相当する。   In addition, in Japan, when rice is grown using full paddy fields, although 15 million tons of rice can be produced per year, the recent decline in rice consumption has led to approximately 40% (6 million) of paddy fields. Tons) is subject to rice planting restrictions. On the other hand, wheat production is extremely low per unit area in Japan, with imports reaching 6 million tons per year. This amount of import is equivalent to the area that is subject to rice planting restrictions.

さらに日本では、イネは、コムギより寒さに弱く、水田に移植するのは5月の初めになるが、夏中かかって茎葉を育て、9月中旬までゆっくり実を充実させる。従ってイネは正味5ヶ月間にわたって生育することになるため、正味3ヶ月程度の生育期間となるコムギに比べて収量が多いのは、自明のことである。   Furthermore, in Japan, rice is weaker than wheat and transplanted to paddy fields at the beginning of May, but it grows in the summer and grows leaves and leaves slowly until mid-September. Thus, rice grows over a net period of 5 months, so it is obvious that the yield is higher than that of wheat, which has a net growth period of about 3 months.

そこで本発明者らは、このような栽培上の様々な利点を有するイネを利用して高製パン性のコムギ代替植物を作出できれば、コムギの栽培には一般に適さない日本の気候の下でも小麦粉代替品を効率的に生産することが可能になるばかりか、イネの作付け制限を受けている水田を有効活用することができ、農業振興の上でも有用であろうと考えた。   Therefore, the present inventors can produce flour even under a Japanese climate that is not generally suitable for wheat cultivation, if a high bread-making wheat substitute plant can be produced using rice having various advantages in cultivation. We thought that it would be possible not only to produce substitutes efficiently, but also to make effective use of rice fields that are restricted to rice cultivation, which would be useful in promoting agriculture.

本発明者らは、このような考えの下に、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、コムギのDゲノムに座乗するGluD1 yタイプ10番のグルテニン・サブユニットタンパク質(コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番)をコードする遺伝子を選び、それをコムギゲノムから単離して植物形質転換用ベクター中に挿入し、アグロバクテリウム法にてイネ細胞に導入し形質転換し、ハイグロマイシン耐性イネを選別後、米粒内へのグルテニンタンパク質の蓄積の有無を検証したところ、米粒中にコムギグルテニンタンパク質を蓄積する形質転換イネを取得することに成功した。この形質転換イネは、高製パン性を示す良質な小麦粉の原料となる穀実(ブレッドライス)を生産することが示されたことから、本発明は完成するに至った。   Based on this idea, the present inventors have made extensive studies to solve the above-mentioned problems. As a result, the GluD1 y type No. 10 glutenin subunit protein (wheat glutenin GluD1) that sits on the D genome of wheat. Select a gene encoding y type No. 10), isolate it from the wheat genome, insert it into a plant transformation vector, introduce it into rice cells using the Agrobacterium method, and transform to select hygromycin-resistant rice Later, when the presence or absence of accumulation of glutenin protein in the rice grain was verified, the present inventors succeeded in obtaining transformed rice that accumulates wheat glutenin protein in the rice grain. Since this transformed rice was shown to produce cereal (bread rice) as a raw material for high-quality wheat flour showing high bread-making properties, the present invention was completed.

すなわち、本発明は以下の通りである。
[1] コムギグルテニンタンパク質GluD1 yタイプ10番をコードする以下の(a)又は(b)の遺伝子を含有する、形質転換イネ。
(a) 配列番号1に示される塩基配列を有するDNAからなる遺伝子、又は
(b) 配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子
[2] イネの品種が日本晴である、上記[1]に記載の形質転換イネ。
[3] コムギグルテニンタンパク質GluD1 yタイプ10番をコードする以下の(a)又は(b)の遺伝子を、イネ細胞に導入することを特徴とする、高製パン性の形質転換イネの作出方法。
(a) 配列番号1に示される塩基配列を有するDNAからなる遺伝子、又は
(b) 配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子
[4] コムギグルテニンタンパク質GluD1 yタイプ10番をコードする以下の(a)又は(b)の遺伝子を含有する、イネに高製パン性を付与するための組換えベクター。
(a) 配列番号1に示される塩基配列を有するDNAからなる遺伝子、又は
(b) 配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子
That is, the present invention is as follows.
[1] A transgenic rice containing the following gene (a) or (b) encoding wheat glutenin protein GluD1 y type 10:
(a) a gene consisting of DNA having the base sequence represented by SEQ ID NO: 1, or
(b) a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2
[2] The transformed rice according to [1] above, wherein the rice cultivar is Nipponbare.
[3] A method for producing highly-baked transformed rice, which comprises introducing the following gene (a) or (b) encoding wheat glutenin protein GluD1 y type 10 into rice cells:
(a) a gene consisting of DNA having the base sequence represented by SEQ ID NO: 1, or
(b) a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2
[4] A recombinant vector for imparting high bread-making property to rice, comprising the following gene (a) or (b) encoding wheat glutenin protein GluD1 y type 10:
(a) a gene consisting of DNA having the base sequence represented by SEQ ID NO: 1, or
(b) a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2

本発明に係る形質転換イネは、米粒中に、高製パン性を示すコムギグルテニンタンパク質を蓄積することができる。すなわち本発明に係る形質転換イネは、良質な小麦粉代替品の原料となる穀実(ブレッドライス)を生産できる。そして、本発明に係る高製パン性の形質転換イネの作出方法を用いれば、コムギの栽培に適さない気候条件の土地でも栽培可能な高製パン性のコムギ代替植物を、容易に作製することができる。そのような方法において、本発明に係るイネに高製パン性を付与するためのコムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子を含有する組換えベクターは、遺伝子導入用に非常に好適に使用することができる。   The transformed rice according to the present invention can accumulate wheat glutenin protein exhibiting high bread-making property in rice grains. That is, the transformed rice according to the present invention can produce cereal (bread rice) as a raw material for a high-quality wheat flour substitute. And, by using the method for producing high bread-producing transformed rice according to the present invention, a high bread-producing wheat substitute plant that can be cultivated even in land that is not suitable for wheat cultivation can be easily produced. Can do. In such a method, a recombinant vector containing a gene encoding wheat glutenin GluD1 y type No. 10 for imparting high bread-making properties to the rice according to the present invention is very suitably used for gene introduction. be able to.

1.コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子
本発明では、GluD1 yタイプ10番のグルテニン・サブユニットタンパク質(コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番)をコードする遺伝子を、イネに導入する。
1. Gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 In the present invention, a gene encoding a glutenin subunit protein (wheat glutenin GluD1 y type 10) of GluD1 y type 10 is introduced into rice.

本発明に係るコムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子は、限定するものではないが、典型的には、コムギのDゲノム上のGlu-D1遺伝子座に存在するグルテニン・サブユニットをコードする対立遺伝子の1つである。好ましくは、本発明に係るコムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子は、配列番号1に示す塩基配列を有するDNAからなる遺伝子であるか、又は配列番号2に示されるアミノ酸配列(648アミノ酸)からなるタンパク質をコードする遺伝子である。配列番号1に示すコムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子の塩基配列は、国際塩基配列データベースにおけるアクセッション番号X12929として既に報告されている(非特許文献1)。配列番号1の塩基配列において、塩基番号617〜619が開始コドンであり、塩基番号2561〜2563は終止コドンである。本発明のコムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子は、GluD1 yタイプ10番タンパク質のグルテニン物性を保持する限り、配列番号2に示されるアミノ酸配列において1若しくは数個(例えば2〜10個)のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子であってもよい。また本発明のコムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子は、配列番号1に示される塩基配列を有するDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつGluD1 yタイプ10番のグルテニン物性を保持するタンパク質をコードするDNAからなる遺伝子であってもよい。   The gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 according to the present invention is not limited, but typically encodes a glutenin subunit present at the Glu-D1 locus on the wheat D genome. One of the alleles. Preferably, the gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 according to the present invention is a gene consisting of DNA having the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, or the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (648 amino acids) A gene encoding a protein consisting of The base sequence of the gene encoding wheat glutenin GluD1 y type No. 10 shown in SEQ ID NO: 1 has already been reported as accession number X12929 in the international base sequence database (Non-patent Document 1). In the base sequence of SEQ ID NO: 1, base numbers 617 to 619 are start codons, and base numbers 2561 to 2563 are stop codons. The gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 of the present invention is one or several (for example, 2 to 10) in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 as long as the glutenin physical property of GluD1 y type 10 protein is maintained. It may be a gene encoding a protein consisting of an amino acid sequence in which these amino acids are deleted, substituted or added. In addition, the gene encoding wheat glutenin GluD1 y type No. 10 of the present invention hybridizes under stringent conditions with the DNA having the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and retains the glutenin physical properties of GluD1 y type No. 10. It may be a gene consisting of DNA encoding the protein to be processed.

本発明において「ストリンジェントな条件」とは、いわゆる特異的なハイブリッドが形成される条件をいう。例えば、相同性が高い核酸同士、すなわち90%以上、好ましくは95%以上の相同性を有するDNA同士がハイブリダイズし、それより相同性が低い核酸同士がハイブリダイズしない条件が挙げられる。より具体的には、ナトリウム塩濃度が15〜750mM、好ましくは50〜750mM、より好ましくは300〜750mM、温度が25〜70℃、好ましくは50℃〜70℃、より好ましくは55〜65℃、ホルムアミド濃度0〜50%、好ましくは20〜50%、より好ましくは35〜45%での条件をいう。さらに、ストリンジェントな条件では、ハイブリダイゼーション後のフィルターの洗浄条件が、通常はナトリウム塩濃度が15〜600mM、好ましくは50〜600mM、より好ましくは300〜600mM、温度が50〜70℃、好ましくは55〜70℃、より好ましくは60〜65℃である。   In the present invention, “stringent conditions” refers to conditions under which a so-called specific hybrid is formed. For example, nucleic acids having high homology, that is, DNAs having 90% or more, preferably 95% or more homology, hybridize, and nucleic acids having lower homology do not hybridize. More specifically, the sodium salt concentration is 15 to 750 mM, preferably 50 to 750 mM, more preferably 300 to 750 mM, the temperature is 25 to 70 ° C., preferably 50 to 70 ° C., more preferably 55 to 65 ° C., This refers to conditions at a formamide concentration of 0-50%, preferably 20-50%, more preferably 35-45%. Furthermore, under stringent conditions, the washing conditions of the filter after hybridization are usually 15 to 600 mM, preferably 50 to 600 mM, more preferably 300 to 600 mM, and a temperature of 50 to 70 ° C., preferably It is 55-70 degreeC, More preferably, it is 60-65 degreeC.

本発明において「遺伝子」には、DNAおよびRNAが含まれるものとする。また、DNAには少なくともゲノムDNA、cDNAが含まれ、RNAには、mRNAなどが含まれる。本発明の「遺伝子」は、コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする配列以外に、非翻訳領域(UTR)の配列などの配列を含むものであってもよい。   In the present invention, “gene” includes DNA and RNA. Further, DNA includes at least genomic DNA and cDNA, and RNA includes mRNA and the like. The “gene” of the present invention may contain a sequence such as a sequence of an untranslated region (UTR) in addition to a sequence encoding wheat glutenin GluD1 y type # 10.

本発明に係るコムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子は、例えば配列番号1又は2の配列に基づいて設計したプライマーを用いて、高製パン性を示すコムギ(好ましくは品種Max)由来の核酸を鋳型としたPCR増幅を行うことにより、核酸断片として得ることができる。また本発明のコムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子は、高製パン性を示すコムギ(好ましくは品種Max)由来の核酸を鋳型とし、上記コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子の一部であるDNA断片をプローブとしてハイブリダイゼーションを行うことにより、核酸断片として得ることができる。これらの方法において鋳型として用いる核酸は、例えば、高製パン性を示すコムギ品種、例えばMax、Cheyenneなどから、常法により抽出したゲノムDNAであってよいし、常法により抽出したmRNAから逆転写合成したcDNA等であってもよい。鋳型として用いる核酸は、精製ゲノムDNA、精製cDNA、cDNAライブラリー又はゲノムDNAライブラリー等であってもよい。あるいは本発明のコムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子は、化学合成法等の当技術分野で公知の各種の核酸配列合成法によって、核酸断片として合成してもよい。   The gene encoding wheat glutenin GluD1 y type No. 10 according to the present invention is derived from wheat (preferably cultivar Max) exhibiting a high bread-making property using, for example, a primer designed based on the sequence of SEQ ID NO: 1 or 2. It can be obtained as a nucleic acid fragment by performing PCR amplification using a nucleic acid as a template. The gene encoding wheat glutenin GluD1 y type No. 10 of the present invention is a gene encoding a wheat glutenin GluD1 y type No. 10 using a nucleic acid derived from wheat (preferably cultivar Max) exhibiting high bread-making properties as a template. By performing hybridization using a partial DNA fragment as a probe, it can be obtained as a nucleic acid fragment. The nucleic acid used as a template in these methods may be genomic DNA extracted by a conventional method from, for example, wheat varieties exhibiting high bread-making properties, such as Max, Cheyenne, or reverse transcription from mRNA extracted by a conventional method. It may be a synthesized cDNA or the like. The nucleic acid used as a template may be purified genomic DNA, purified cDNA, cDNA library, genomic DNA library, or the like. Alternatively, the gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 of the present invention may be synthesized as a nucleic acid fragment by various nucleic acid sequence synthesis methods known in the art such as chemical synthesis methods.

さらに、部位特異的突然変異誘発法等によって、得られたコムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子の塩基配列(ひいてはコードされるアミノ酸配列)に所望の突然変異を導入してもよい。遺伝子に変異を導入するには、Kunkel法、Gapped duplex法等の公知の手法又はこれに準ずる方法を採用することができる。例えば部位特異的突然変異誘発法を利用した変異導入用キット(例えばMutan-K(TAKARA社製)やMutan-G(TAKARA社製))などを用いて、あるいは、TAKARA社のLA PCR in vitro Mutagenesis シリーズキットを用いて変異の導入が行われる。   Furthermore, a desired mutation may be introduced into the base sequence (and thus the encoded amino acid sequence) of the gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 obtained by site-directed mutagenesis. In order to introduce a mutation into a gene, a known method such as the Kunkel method or the Gapped duplex method, or a method equivalent thereto can be employed. For example, using a mutagenesis kit (for example, Mutan-K (TAKARA) or Mutan-G (TAKARA)) using site-directed mutagenesis, or TAKARA LA PCR in vitro Mutagenesis Mutation is introduced using a series kit.

なお本発明において用いるmRNAの調製、cDNAの作製、PCR、RT-PCR、ライブラリーの作製、ベクター中へのライゲーション、細胞の形質転換、DNAの塩基配列の決定、核酸化学合成、タンパク質のN末端側のアミノ酸配列決定、突然変異誘発、タンパク質の抽出等の実験は、通常の実験書に記載の方法によって行うことができる。そのような実験書としては、例えば、SambrookらのMolecular Cloning, A laboratory manual, 2001, Eds., Sambrook, J. & Russell, DW. Cold Spring Harbor Laboratory Pressを挙げることができる。   Preparation of mRNA used in the present invention, cDNA preparation, PCR, RT-PCR, library preparation, ligation into vector, cell transformation, determination of DNA base sequence, nucleic acid chemical synthesis, N-terminal of protein Experiments such as determination of the amino acid sequence on the side, mutagenesis, protein extraction, etc. can be carried out by the methods described in ordinary experiments. Examples of such experiments include Sambrook et al., Molecular Cloning, A laboratory manual, 2001, Eds., Sambrook, J. & Russell, DW. Cold Spring Harbor Laboratory Press.

本発明においては「高製パン性」との用語は、植物、植物組織、細胞、小麦粉、小麦粉の成分であるグルテニン等に対して用いられる。本発明において「高製パン性」とは、当該植物若しくは植物組織を原料として得られる小麦粉、当該小麦粉、又は当該グルテニンを高い割合で含む小麦粉を用いてパンを製造したときに、対照サンプルと比較して、そのパン体積が増大することを意味する。例えば、ある小麦粉を用いて、パン酵母としてドライイーストを使用する中種生地法によりパンを製造したときに、市販の強力粉(例えば日本製粉社 専門店高級パン用粉)を代わりに用いた対照のパン体積を100%として、パン体積が108%以上、好ましくは110〜200%に増大する場合、その小麦粉又はその小麦粉の原料たる植物等は「高製パン性」である。「高製パン性」の判断においては、パン体積の増大に加えて、官能評価の向上が確認されることが好ましい。   In the present invention, the term “high bread-making property” is used for plants, plant tissues, cells, flour, glutenin, which is a component of flour, and the like. In the present invention, “high bread-making property” means that when bread is produced using flour obtained from the plant or plant tissue as a raw material, the flour, or flour containing the glutenin in a high ratio, the comparison with the control sample This means that the bread volume increases. For example, when a bread is produced by using a wheat flour by a medium seed dough method using dry yeast as baker's yeast, a commercially available strong flour (for example, a high-grade bread flour from a Japanese flour company) is used instead. When the bread volume is 100% and the bread volume is increased to 108% or more, preferably 110 to 200%, the flour or the plant as the raw material of the flour is “high bread-making”. In the determination of “high bread-making property”, it is preferable to confirm improvement in sensory evaluation in addition to an increase in bread volume.

2.宿主植物
本発明において、コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子を導入する宿主植物としては、イネ(Oryza sativa)を用いることが好ましい。イネの品種は特に限定されないが、好ましいイネ品種の例としては、「日本晴(Nihonbare)」、「ほしのゆめ(Hoshinoyume)」、「きらら397(Kirara397)」、「ゆきひかり(Yukihikari)」、「ゆきまる(Yukimaru)」、「ほのか224(Honoka224)」、「どんとこい(Dontokoi)」、「コシヒカリ(Koshihikari)」、「ササニシキ(Sasanishiki)」、「ヒトメボレ(Hitomebore)」、「あきたこまち(Akitakomachi)」、「はえぬき(Haenuki)」、「キヌヒカリ(Kinuhikari)」、「むつほまれ(Mutsuhomare)」、「ヒノヒカリ(Hinohikari)」、「津軽おとめ(Tsugaruotome)」、「つがるロマン(Tsugaruroman)」、「ゆめあかり(Yumeakari)」、「ハナエチゼン(Hanaechizen)」、「夢つくし(Yumetsukushi)」、「ハツシモ(Hatsushimo)」、「どまんなか(Domannaka)」、「かけはし(Kakehashi)」、「いわてっこ(Iwatekko)」、「まなむすめ(Manamusume)」、「めんこいな(Menkoina)」、「チヨニシキ(Chiyonishiki)」、「ふくみらい(Fukumirai)」等が挙げられる。これらのイネ品種は、例えば独立行政法人農業生物資源研究所 ジーンバンクから入手することができる。
2. Host Plant In the present invention, rice (Oryza sativa) is preferably used as a host plant into which a gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 is introduced. Rice varieties are not particularly limited, but examples of preferred rice varieties include “Nihonbare”, “Hoshinoyume”, “Kirara 397”, “Yukihikari”, “Yuki "Yukimaru", "Honoka224", "Dontokoi", "Koshihikari", "Sasanishiki", "Hitomebore", "Akitakomachi", `` Haenuki '', `` Kinuhikari '', `` Mutsuhomare '', `` Hinohikari '', `` Tsugaruotome '', `` Tsugaruroman '', `` Yume Akari ( `` Yumekakari '', `` Hanaechizen '', `` Yumetsukushi '', `` Hatsushimo '', `` Domannaka '', `` Kakehashi '', `` Iwatekko '', `` Iwatekko '' `` Manamusume '', `` Me Koina (Menkoina) "," Chiyonishiki (Chiyonishiki) "," Fukumirai (Fukumirai) ", and the like. These rice varieties can be obtained from, for example, Genebank, National Institute for Agrobiological Sciences.

3.コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子を含有する組換えベクター
上記1のようにして得られた本発明の遺伝子をベクター中に挿入して、組換えベクターを作製することができる。
3. Recombinant vector containing a gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 The gene of the present invention obtained as described in 1 above can be inserted into a vector to produce a recombinant vector.

本発明の組換えベクターは、適当なベクターに、コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子を連結(挿入)することにより作製することができる。ベクターにコムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子を挿入するには、まず、精製されたDNAを適当な制限酵素で切断し、適当なベクター DNAの制限酵素部位又はマルチクローニングサイトに挿入してリガーゼを用いて連結する方法などが採用される。遺伝子を挿入するベクターは、特に限定されず、例えば、プラスミド DNA、ファージ DNA等が挙げられるが、リゾビウム由来のプラスミドDNA、バイナリーベクターなどの、植物形質転換用のベクターであることが好ましい。本発明では、コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子を含有する組換えベクターとしては、当該遺伝子を、導入したイネ細胞のゲノム中に組み込むことができるベクターがより好ましい。本発明のこのような組換えベクターは、イネにコムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子を導入し、コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をイネ細胞中で発現させることにより、イネに高製パン性を付与することができる。従って本発明は、イネに高製パン性を付与するための、コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子を含有する組換えベクターにも関する。   The recombinant vector of the present invention can be prepared by ligating (inserting) a gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 into an appropriate vector. To insert a gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 into a vector, first cut the purified DNA with an appropriate restriction enzyme and insert it into the restriction enzyme site or multiple cloning site of an appropriate vector DNA. A method of ligation using ligase is employed. The vector into which the gene is inserted is not particularly limited and includes, for example, plasmid DNA, phage DNA, etc., but is preferably a vector for plant transformation such as plasmid DNA derived from Rhizobium, binary vector. In the present invention, the recombinant vector containing a gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 is more preferably a vector that can be integrated into the genome of the introduced rice cell. Such a recombinant vector of the present invention introduces a gene that encodes wheat glutenin GluD1 y type 10 into rice and expresses wheat glutenin GluD1 y type 10 in rice cells, thereby allowing rice to produce a high Sex can be imparted. Therefore, the present invention also relates to a recombinant vector containing a gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 for imparting high bread-making properties to rice.

コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子を含有する本発明の組換えベクターには、コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする配列の他に、当該遺伝子を発現させるための構成性または一過性のプロモーター配列(カリフラワーモザイクウイルス由来の35Sプロモーターや熱ショック誘導タンパク質のプロモーターなど)、形質転換体の選抜を容易にする選択マーカー遺伝子、リゾビウムのバイナリーベクター系を使用するための複製開始点(TiまたはRiプラスミド由来の複製開始点など)等を含んでもよい。選択マーカーとしては、例えばハイグロマイシン耐性遺伝子、ジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子等の薬剤耐性遺伝子が挙げられる。   The recombinant vector of the present invention containing a gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 includes, in addition to a sequence encoding wheat glutenin GluD1 y type 10, a constitutive or transient sequence for expressing the gene. Sex promoter sequences (such as the 35S promoter from cauliflower mosaic virus and promoters of heat shock-inducing proteins), selectable marker genes that facilitate the selection of transformants, and the origin of replication for using the Rhizobium binary vector system (Ti Or a Ri plasmid-derived replication origin). Examples of selection markers include drug resistance genes such as hygromycin resistance gene, dihydrofolate reductase gene, ampicillin resistance gene, neomycin resistance gene, kanamycin resistance gene and the like.

4.コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子の導入による形質転換イネの作製
本発明の形質転換イネを作製するには、コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子をイネ細胞に導入して、形質転換イネ細胞を取得すればよい。またその形質転換イネ細胞を再生させることにより、形質転換イネの植物体を作製することができる。
4). Production of transformed rice by introduction of a gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 To produce the transformed rice of the present invention, a gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 is introduced into rice cells, What is necessary is just to acquire the transformed rice cell. Moreover, the plant body of transformed rice can be produced by regenerating the transformed rice cells.

本発明において「遺伝子の導入」とは、例えば公知の遺伝子工学的手法により、当該遺伝子を、上記宿主植物(すなわち、イネ)の細胞内に発現可能な形で導入することを意味する。ここで導入された遺伝子は、宿主植物のゲノムDNA中に組み込まれてもよいし、外来ベクターに含有されたままで存在していてもよい。   In the present invention, “gene introduction” means that the gene is introduced into a cell of the host plant (ie, rice) in a form that can be expressed by, for example, a known genetic engineering technique. The gene introduced here may be incorporated into the genomic DNA of the host plant or may be present as it is contained in the foreign vector.

コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子を植物細胞中に導入する方法としては、限定するものではないが、例えばアグロバクテリウム法、パーティクルガン法、エレクトロポレーション法、ポリエチレングリコール(PEG)法、マイクロインジェクション法、プロトプラスト融合法などの、すでに確立され、本願発明の技術分野において広く用いられている植物形質転換法を用いることができる。これらの植物形質転換法は、『島本功、岡田清孝 監修 「新版 モデル植物の実験プロトコール 遺伝学的手法からゲノム解析まで」(2001) 秀潤社』などの一般的な教科書の記載に従って行うことができる。例えばアグロバクテリウム法を用いる場合は、上記3のようにして作製したコムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子を組み込んだアグロバクテリウム由来のプラスミドベクター(例えばpBI101やpBI121)又はバイナリーベクター(pPZP2H-lac)を、リゾビウム、例えばリゾビウム・ラジオバクター(Rhizobium radiobactor)に導入し、この土壌細菌をイネのカルスに接種して感染させ、イネの形質転換体を得ることができる。アグロバクテリウム法は、近年いくつかのバリエーションが開発されているが(例えば、Hiei Y, et al., Plant J., 6: 271 (1994);国際公開WO 01/06844に開示された土岐らの方法など)、一例としては、形質転換しようとするイネの完熟種子を滅菌し、その種子からカルスを誘導し培養し、これとバイナリーベクターを導入したリゾビウム・ラジオバクターを共培養させて感染させる方法により、イネ細胞にコムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子を導入することができる。続いて、カルスに付着したリゾビウムを洗浄し、選択培地でカルスを培養し、生存したカルスを再分化培地(適当な濃度の植物ホルモン(オーキシン、サイトカイニン、ジベレリン、アブシジン酸、エチレン、ブラシノライド等)を含む)で培養すれば、形質転換されたイネ細胞から選択的に植物体を再生することができる。   A method for introducing a gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 into plant cells is not limited. For example, the Agrobacterium method, the particle gun method, the electroporation method, the polyethylene glycol (PEG) method Plant transformation methods that are already established and widely used in the technical field of the present invention, such as microinjection method and protoplast fusion method, can be used. These plant transformation methods can be carried out according to the descriptions in general textbooks such as “Isao Shimamoto, Kiyotaka Okada“ Experimental Protocol for Model Plants From Genetic Methods to Genome Analysis ”(2001) Shujunsha). it can. For example, when the Agrobacterium method is used, an Agrobacterium-derived plasmid vector (for example, pBI101 or pBI121) or a binary vector (pPZP2H) into which a gene encoding wheat glutenin GluD1 y type No. 10 prepared as described in 3 above is incorporated. -lac) can be introduced into a Rhizobium, such as Rhizobium radiobactor, and the soil bacteria can be inoculated into and infected with rice calli to obtain rice transformants. Several variations of the Agrobacterium method have been developed in recent years (for example, Hiei Y, et al., Plant J., 6: 271 (1994); Toki et al. Disclosed in International Publication WO 01/06844). As an example, for example, ripened rice seeds to be transformed are sterilized, callus is induced from the seeds, cultured, and co-cultured with Rhizobium radiobacter introduced with a binary vector to infect them. By the method, a gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 can be introduced into rice cells. Subsequently, Rhizobium adhering to the callus is washed, the callus is cultured in a selective medium, and the surviving callus is transformed into a regeneration medium (appropriate concentration of plant hormone (auxin, cytokinin, gibberellin, abscisic acid, ethylene, brassinolide, etc. ), The plant body can be selectively regenerated from the transformed rice cells.

ポリエチレングリコール法を用いる場合には、まず細胞壁を酵素で溶かして取り除き、プロトプラストにしてから、コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子を、ポリエチレングリコールを用いて細胞内に導入してから、植物体に再生すればよい(Datta SK: In Gene Transfer To Plants(Potrykus I and Spangenberg, Eds)pp. 66-74 (1995))。この方法では、遺伝子を導入するイネは、インド型イネ品種がより適している。   When using the polyethylene glycol method, first remove the cell wall by lysing it with an enzyme, make it a protoplast, introduce a gene encoding wheat glutenin GluD1 y type No. 10 into the cell using polyethylene glycol, It may be regenerated to the body (Datta SK: In Gene Transfer To Plants (Potrykus I and Spangenberg, Eds) pp. 66-74 (1995)). In this method, Indian rice varieties are more suitable for introducing the gene.

エレクトロポレーション法を用いる場合には、まず細胞壁を酵素で溶かして取り除き、プロトプラストにしてから、コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子を、電気パルスをかけることにより細胞内に導入し、その後植物体に再生すればよい(Toki S, et al., Plant Physiol., 100: 1503 (1992))。この方法では、遺伝子を導入するイネは、日本型イネ品種がより適している。エレクトロポレーション法では、コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子は、遺伝子そのものの形態であってもよいし、ベクター中に組み込まれたものでもよい。   When using the electroporation method, the cell wall is first removed by lysing with an enzyme to make a protoplast, and then a gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 is introduced into the cell by applying an electric pulse, and then What is necessary is just to reproduce | regenerate to a plant body (Toki S, et al., Plant Physiol., 100: 1503 (1992)). In this method, Japanese rice varieties are more suitable for introducing the gene. In the electroporation method, the gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 may be in the form of the gene itself or may be incorporated into a vector.

パーティクルガン法を用いる場合には、イネ植物体、イネ器官、イネ組織自体をそのまま使用してもよく、切片を調製した後に使用してもよく、プロトプラストを調製して使用してもよい(Christou P, et al., Biotechnology 9: 957 (1991))。このように調製した試料に対し、遺伝子導入装置(例えばPDS-1000(BIO-RAD社)等)を用いて、コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子でコーティングした金やタングステンなどの微粒子(径約1〜2μm)を高圧ガスで噴射することにより、当該遺伝子をイネ細胞内に導入する。処理条件は植物又は試料により異なるが、通常は450〜2000psi程度の圧力、4〜12cm程度の距離で行う。パーティクルガン法では、コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子は、遺伝子そのものの形態であってもよいし、ベクター中に組み込まれたものでもよい。   In the case of using the particle gun method, the rice plant body, the rice organ, and the rice tissue itself may be used as they are, may be used after preparing a section, or may be used after preparing a protoplast (Christou). P, et al., Biotechnology 9: 957 (1991)). Using a gene transfer device (eg PDS-1000 (BIO-RAD), etc.) for the sample prepared in this way, fine particles such as gold or tungsten coated with a gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 ( The gene is introduced into the rice cells by spraying with a high pressure gas with a diameter of about 1 to 2 μm). Treatment conditions vary depending on the plant or sample, but are usually performed at a pressure of about 450 to 2000 psi and a distance of about 4 to 12 cm. In the particle gun method, the gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 may be in the form of the gene itself or may be incorporated into a vector.

コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子がイネ細胞に組み込まれたか否かの確認は、PCR法、サザンハイブリダイゼーション法、ノーザンハイブリダイゼーション法等の周知の方法により行うことができる。例えば、形質転換イネからゲノムDNAを調製し、コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子を特異的に増幅できるプライマーを用いて、PCRを行う。増幅産物についてアガロースゲル電気泳動、ポリアクリルアミドゲル電気泳動又はキャピラリー電気泳動等を行い、臭化エチジウム、SYBR Green液等により染色し、そして増幅産物を期待されるサイズのバンドとして検出することにより、そのイネ細胞にムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子が導入されたことを確認することができる。また、予め蛍光色素等により標識したプライマーを用いてPCRを行い、増幅産物を検出することもできる。またマイクロプレート等の固相に増幅産物を結合させ、蛍光又は酵素反応等により増幅産物を確認する方法も採用することができる。さらに、そのイネ細胞からタンパク質を抽出し、2次元電気泳動を行って分画し、コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番と思われるタンパク質のバンドを検出することにより、イネ細胞に導入されたコムギグルテニンGluD1 yタイプ10番が発現されていること、すなわちそのイネ細胞が形質転換されていることが示唆される。続いて、検出されたタンパク質についてエドマン分解等によりN末端のアミノ酸配列を決定し、配列番号2のN末端の配列と一致するかどうかを確認することにより、そのイネ細胞の形質転換をさらに実証することができる。   Confirmation of whether or not the gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 has been incorporated into rice cells can be performed by well-known methods such as PCR, Southern hybridization, Northern hybridization. For example, genomic DNA is prepared from transformed rice and PCR is performed using a primer that can specifically amplify a gene encoding wheat glutenin GluD1 y type # 10. The amplified product is subjected to agarose gel electrophoresis, polyacrylamide gel electrophoresis, capillary electrophoresis, etc., stained with ethidium bromide, SYBR Green solution, etc., and the amplified product is detected as a band of the expected size. It can be confirmed that a gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 was introduced into rice cells. Moreover, PCR can be performed using a primer previously labeled with a fluorescent dye or the like to detect an amplification product. In addition, a method in which an amplification product is bound to a solid phase such as a microplate and the amplification product is confirmed by fluorescence or an enzyme reaction can be employed. Furthermore, protein is extracted from the rice cells, fractionated by two-dimensional electrophoresis, and wheat glutenin GluD1 introduced into rice cells is detected by detecting a protein band considered to be wheat glutenin GluD1 y type # 10. It is suggested that y type 10 is expressed, that is, the rice cells are transformed. Subsequently, the N-terminal amino acid sequence of the detected protein is determined by Edman degradation or the like, and whether or not it matches the N-terminal sequence of SEQ ID NO: 2 is further verified for the transformation of the rice cell. be able to.

本発明において、「形質転換イネ」とは、導入されたコムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子を、発現されているか若しくは発現されうる状態で細胞内に有するイネの形質転換細胞でありうる。あるいは本発明の形質転換イネは、そのような形質転換細胞を少なくとも一部に含むイネの植物体全体又は器官(例えば葉、花弁、茎、根、穀実(種子)等)、組織(例えば表皮、師部、柔組織、木部、維管束、柵状組織、海綿状組織等)若しくは培養細胞(例えばカルス)であってもよい。本発明の形質転換イネとしては、その穀実(種子)にコムギグルテニンGluD1 yタイプ10番が蓄積されるものが好ましい。「形質転換イネ」には、遺伝子を導入した形質転換細胞だけではなく、それが増殖したカルス、そこから再生させた植物体、再生した植物体の一部をも包含するものとする。また本発明の形質転換イネには、当該遺伝子を導入した植物体(形質転換された細胞やカルスから再生された植物体を含む)の有性生殖又は無性生殖により得られる子孫の植物体、及びその子孫植物体の組織や器官等の一部(種子、プロトプラストなど)も包含するものとする。本発明の形質転換イネは、コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子を導入して形質転換したイネ植物体から、穀粒(種子)、プロトプラストなどの繁殖材料を取得し、それを栽培又は培養することによって量産することができる。   In the present invention, the “transformed rice” may be a transformed cell of rice having a gene encoding the introduced wheat glutenin GluD1 y type 10 in the cell in a state where it is expressed or can be expressed. . Alternatively, the transformed rice of the present invention is the whole plant or organ (eg, leaf, petal, stem, root, cereal (seed), etc.), tissue (eg, epidermis) of rice that contains such transformed cells at least in part. Phloem, soft tissue, xylem, vascular bundle, fence-like tissue, spongy tissue, etc.) or cultured cells (eg, callus). The transformed rice of the present invention is preferably one in which wheat glutenin GluD1 y type No. 10 is accumulated in the grain (seed). The term “transformed rice” includes not only transformed cells into which a gene has been introduced, but also callus in which the gene has been grown, plants regenerated from the callus, and parts of regenerated plants. The transformed rice plant of the present invention includes a progeny plant obtained by sexual reproduction or asexual reproduction of a plant into which the gene is introduced (including a plant regenerated from a transformed cell or a callus), And a part of the tissue or organ of the progeny plant body (seed, protoplast, etc.). The transformed rice of the present invention obtains a propagation material such as grain (seed) and protoplast from a rice plant transformed by introducing a gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 and cultivates or It can be mass-produced by culturing.

本発明の形質転換イネの穀粒に蓄積するコムギグルテニンGluD1 yタイプ10番は、高製パン性を付与するグルテニン・サブユニットである。従って本発明の形質転換イネの穀粒は、良質な小麦粉代替品の原料として用いることができる。すなわち本発明の形質転換イネの穀粒は、製パン用の穀粒として使用されうる。   Wheat glutenin GluD1 y type No. 10 that accumulates in the grain of the transformed rice of the present invention is a glutenin subunit that imparts high bread-making properties. Therefore, the grain of the transformed rice of the present invention can be used as a raw material for a high-quality flour substitute. That is, the grain of the transformed rice of the present invention can be used as a grain for breadmaking.

上記のような本発明の成果は、作付け制限を受けている日本国内の水田を利用して、輸入に依存している小麦粉の代替植物(ブレッドライス)を国内生産する手段を提供することにより、製パン粉の安定供給をもたらすものである。   The results of the present invention as described above provide a means for domestic production of flour substitute plants (bread rice) that depend on imports, using paddy fields in Japan that are subject to cropping restrictions. It provides a stable supply of bread crumbs.

以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
(1) コムギグルテニンGluD1yタイプ10番をコードする遺伝子の単離
高製パン性を示すコムギ品種Max(Triticum aestivum;ホクレン農業協同組合連合会から分与)から、常法に従いゲノムDNAを抽出した。次に、これを鋳型にして、PCR法にてコムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子(3275塩基対)を増幅した。このPCRに用いたプライマー配列は以下の通りであった。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely using an Example, the technical scope of this invention is not limited to these Examples.
(1) Isolation of a gene encoding wheat glutenin GluD1y type 10 Genomic DNA was extracted from wheat cultivar Max (Triticum aestivum; distributed by Hokuren Agricultural Cooperative Federation) showing high bread-making properties according to a conventional method. Next, using this as a template, a gene (3275 base pairs) encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 was amplified by PCR. The primer sequences used for this PCR were as follows.

フォワード・プライマー GluD1-2b-2321U: CGC GTC ACA GAA CAG ATA(配列番号3)
リバース・プライマー GluD1-2b-5579L: TAT GCG TTA TTC AGT AAG(配列番号4)
このPCR反応条件は、以下の通りであった:94℃で1分→ 61℃で1分→ 72℃で2分(30サイクル)。
Forward primer GluD1-2b-2321U: CGC GTC ACA GAA CAG ATA (SEQ ID NO: 3)
Reverse primer GluD1-2b-5579L: TAT GCG TTA TTC AGT AAG (SEQ ID NO: 4)
The PCR reaction conditions were as follows: 94 ° C. for 1 minute → 61 ° C. for 1 minute → 72 ° C. for 2 minutes (30 cycles).

このようにして得られた3275塩基対の増幅断片を、常法により、pCR2.1-TOPOベクター(インビトロジェン株式会社)中にサブクローンし、得られたクローンをTOPO-GluDly10と命名した。次いでTOPO-GluDly10中の増幅断片全体の塩基配列を決定し、その増幅断片が、すでに塩基配列が報告されているコムギグルテンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子(非特許文献1、アクセッション番号X12929)に相当することを確認した。単離されたコムギグルテンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子の塩基配列を、配列番号1に示す。   The amplified fragment of 3275 base pairs thus obtained was subcloned into a pCR2.1-TOPO vector (Invitrogen Corporation) by a conventional method, and the resulting clone was named TOPO-GluDly10. Next, the base sequence of the entire amplified fragment in TOPO-GluDly10 is determined, and the amplified fragment is a gene encoding wheat gluten GluD1 y type No. 10 whose base sequence has already been reported (Non-patent Document 1, Accession No. X12929). ) Was confirmed. The base sequence of the gene encoding the isolated wheat gluten GluD1 y type 10 is shown in SEQ ID NO: 1.

(2) コムギグルテニンGluD1yタイプ10番をコードする遺伝子を導入した形質転換イネの作製
クローンTOPO-GluDly10をEcoR1で切断し、GluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子を含むゲノム断片を切り出して、それを植物形質転換用バイナリーベクターであるpPZP2H-lac(Plant Biotechnology 18, 219-222, 2001)のSmaIサイトに挿入した。こうして得られたバイナリーベクターをGluD1yMfullと命名した。このバイナリーベクターをリゾビウム・ラジオバクターEHE101(理研ジーンバンクから分与)に導入した後、アグロバクテリアを介する形質転換法(土岐らの方法:国際公開WO 01/06844)に従い、イネ品種日本晴(Oryza sativa; 独立行政法人農業生物資源研究所 ジーンバンク 遺伝資源管理課から分与)のカルスに感染させ、ハイグロマイシン存在下で再生個体を選別した。
(2) Preparation of transgenic rice introduced with a gene encoding wheat glutenin GluD1y type 10 Cut clone TOPO-GluDly10 with EcoR1, cut out a genomic fragment containing the gene encoding GluD1 y type 10 It was inserted into the SmaI site of pPZP2H-lac (Plant Biotechnology 18, 219-222, 2001), a binary vector for plant transformation. The binary vector thus obtained was named GluD1yMfull. This binary vector was introduced into Rhizobium radiobacter EHE101 (distributed from Riken Genebank) and then transformed into rice cultivar Nipponbare (Oryza sativa) according to the Agrobacterium-mediated transformation method (method of Toki et al .: International Publication WO 01/06844). ; Infected with the callus of the National Institute of Agrobiological Sciences, Genebank Genetic Resources Management Division, and selected regenerated individuals in the presence of hygromycin.

(3) 形質転換イネの穀実に蓄積されたコムギグルテニンGluD1 yタイプ10番タンパク質の確認
形質転換イネ植物体から穀実を採種し、その胚乳部分から常法により全タンパク質を抽出した。抽出したタンパク質を、10-20%グラジエントポリアクリルアミドゲルによるSDS-PAGE電気泳動にかけ、全タンパク質を染色試薬CBB-R250によりタンパク質染色することにより、形質転換イネにだけ特異的に蓄積しているタンパク質を確認した(図1中、矢印)。
(3) Confirmation of wheat glutenin GluD1 y type 10 protein accumulated in the grain of transformed rice Grain was collected from the transformed rice plant body, and the total protein was extracted from the endosperm portion by a conventional method. The extracted protein is subjected to SDS-PAGE electrophoresis using a 10-20% gradient polyacrylamide gel, and all proteins are stained with the staining reagent CBB-R250. This was confirmed (arrow in FIG. 1).

図1中、(A)は電気泳動写真の全体図である。コムギグルテニンと予想されるタンパク質のバンドを矢印で示した。(B)は、コムギグルテニンタンパク質が蓄積している付近の電気泳動写真(A)の拡大図である。*印は、コムギグルテニンと推定されるバンドを示している。図(A)及び(B)ともに、最も左側のレーン(NB)のサンプルは、形質転換していない日本晴の種子から抽出した全タンパク質(対照サンプル)である。また写真上部に線で示した1〜6レーンのサンプルは、コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子を導入した形質転換イネの植物体に結実した種子から抽出した全タンパク質である。これらの結果から分かる通り、コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子を導入した形質転換イネでは、コムギグルテニンと推定されるバンドが検出された。一方、形質転換していないイネでは、そのバンドは検出されなかった。   In FIG. 1, (A) is an overall view of an electrophoretic photograph. The protein bands predicted to be wheat glutenin are indicated by arrows. (B) is an enlarged view of an electrophoretic photograph (A) in the vicinity where wheat glutenin protein is accumulated. * Indicates a band presumed to be wheat glutenin. In both FIGS. (A) and (B), the sample in the leftmost lane (NB) is the total protein (control sample) extracted from non-transformed Nipponbare seeds. The samples in the 1st to 6th lanes indicated by the lines in the upper part of the photograph are all proteins extracted from seeds that are cultivated in the plant of transformed rice into which a gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 has been introduced. As can be seen from these results, a band presumed to be wheat glutenin was detected in transgenic rice introduced with a gene encoding wheat glutenin GluD1 y type # 10. On the other hand, the band was not detected in non-transformed rice.

このコムギグルテニンと推定されるバンドのタンパク質が、真に導入した当該遺伝子由来の翻訳産物であることを確認するために、この画分をゲルから抽出し、2次元電気泳動にかけてさらに高精度に分画した。図2は、図1で示したコムギグルテニン(GluD1 yタイプ10番)と推定されたバンドのタンパク質を溶出させ、それをさらに2次元電気泳動により分画した結果を示す。遺伝子を導入したイネ由来のサンプルでのみ検出された、コムギグルテニン(GluD1 yタイプ10番)と推定されるタンパク質を、矢印で示した。このように、2次元電気泳動の結果からも、コムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子を導入したイネでだけ検出されるタンパク質の存在が示された。   In order to confirm that the protein of the band presumed to be wheat glutenin is a translation product derived from the gene that was truly introduced, this fraction was extracted from the gel and subjected to two-dimensional electrophoresis to obtain a higher accuracy. I drew it. FIG. 2 shows the result of eluting the protein of the band presumed to be wheat glutenin (GluD1 y type No. 10) shown in FIG. 1 and further fractionating it by two-dimensional electrophoresis. The protein presumed to be wheat glutenin (GluD1 y type No. 10) detected only in the rice-derived sample into which the gene was introduced is indicated by an arrow. Thus, the result of two-dimensional electrophoresis also showed the presence of a protein that can be detected only in rice into which a gene encoding wheat glutenin GluD1 y type 10 was introduced.

さらに、2次元電気泳動で分画したコムギグルテニンと推定されるタンパク質をゲルから抽出し、エドマン分解法によりN末端アミノ酸配列を解析した。その結果、このタンパク質のN末端配列が、
Trp−Gln−Glu−Pro−Gly−Gln−Gly−Gln−Gln−X−Tyr−Tyr (配列番号5)
であることが示された。この配列中、Xは同定できなかったアミノ酸を指す。この配列は、遺伝子導入したコムギグルテニン(GluD1 yタイプ10番)のアミノ酸配列(配列番号2)のN末端と一致した。
Furthermore, a protein presumed to be wheat glutenin fractionated by two-dimensional electrophoresis was extracted from the gel, and the N-terminal amino acid sequence was analyzed by Edman degradation. As a result, the N-terminal sequence of this protein is
Trp-Gln-Glu-Pro-Gly-Gln-Gly-Gln-Gln-X-Tyr-Tyr (SEQ ID NO: 5)
It was shown that. In this sequence, X refers to an amino acid that could not be identified. This sequence coincided with the N-terminal of the amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) of the transgenic wheat glutenin (GluD1 y type No. 10).

以上の結果から、形質転換イネで特異的に発現し、その穀実に蓄積されるタンパク質が、導入したコムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子の遺伝子産物であることが確認された。   From the above results, it was confirmed that the protein specifically expressed in the transformed rice and accumulated in the grain was the gene product of the gene encoding the introduced wheat glutenin GluD1 y type No. 10.

本発明のコムギグルテニンGluD1 yタイプ10番をコードする遺伝子を含有する形質転換イネは、日本の気候条件下でも、コムギグルテニンタンパク質を蓄積したイネ穀粒を高収量で生産することができる植物として、有利に使用することができる。本発明の形質転換イネを用いれば、減反によりイネの作出を制限されている水田で、コムギ粉の代替品となりうる穀実(ブレッドライス)を収穫できる。すなわち本発明は、イネの新品種を提供するのみならず、畑作農法に致命的な連作障害などに起因するコムギの不作に対しても、その代替植物を提供するものである。従って本発明は、国内の農業振興に寄与するだけでなく、国際的な視点に立って、コムギを利用する産業への新しい農業資源の供給を可能にする。   The transformed rice containing the gene encoding wheat glutenin GluD1 y type No. 10 of the present invention is a plant capable of producing rice grains accumulating wheat glutenin protein in high yield even under Japanese climatic conditions. It can be used advantageously. By using the transformed rice of the present invention, it is possible to harvest cereal (bread rice) that can be used as a substitute for wheat flour in paddy fields where production of rice is restricted by reduction. That is, the present invention not only provides new rice varieties, but also provides alternative plants for wheat crop failures caused by continuous cropping failures that are fatal to the field farming method. Therefore, the present invention not only contributes to domestic agricultural promotion, but also enables the supply of new agricultural resources to industries that use wheat from an international perspective.

イネ種子より抽出した全タンパク質をSDS-PAGE電気泳動にかけ、分画された全タンパク質をタンパク質染色した結果を示す写真である。It is a photograph showing the result of subjecting the total protein extracted from rice seeds to SDS-PAGE electrophoresis and staining the fractionated total protein. 図1で示したコムギグルテニン(GluD1 yタイプ10番)と推定されたバンドのタンパク質を溶出させ、それをさらに2次元電気泳動により分画した結果を示す写真である。FIG. 2 is a photograph showing the results of elution of a protein in a band presumed to be wheat glutenin (GluD1 y type No. 10) shown in FIG. 1 and further fractionating it by two-dimensional electrophoresis.

配列番号3及び4の配列は、プライマーである。   The sequences of SEQ ID NOs: 3 and 4 are primers.

Claims (4)

コムギグルテニンタンパク質GluD1 yタイプ10番をコードする以下の(a)又は(b)の遺伝子を含有する、形質転換イネ。
(a) 配列番号1に示される塩基配列を有するDNAからなる遺伝子、又は
(b) 配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子
A transformed rice comprising the following gene (a) or (b) encoding wheat glutenin protein GluD1 y type 10:
(a) a gene consisting of DNA having the base sequence represented by SEQ ID NO: 1, or
(b) a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2
イネの品種が日本晴である、請求項1に記載の形質転換イネ。   The transformed rice according to claim 1, wherein the rice variety is Nipponbare. コムギグルテニンタンパク質GluD1 yタイプ10番をコードする以下の(a)又は(b)の遺伝子を、イネ細胞に導入することを特徴とする、高製パン性の形質転換イネの作出方法。
(a) 配列番号1に示される塩基配列を有するDNAからなる遺伝子、又は
(b) 配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子
A method for producing a high bread-producing transformed rice characterized by introducing the following gene (a) or (b) encoding wheat glutenin protein GluD1 y type 10 into rice cells.
(a) a gene consisting of DNA having the base sequence represented by SEQ ID NO: 1, or
(b) a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2
コムギグルテニンタンパク質GluD1 yタイプ10番をコードする以下の(a)又は(b)の遺伝子を含有する、イネに高製パン性を付与するための組換えベクター。
(a) 配列番号1に示される塩基配列を有するDNAからなる遺伝子、又は
(b) 配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子
A recombinant vector for imparting high bread-making property to rice, comprising the following gene (a) or (b) encoding wheat glutenin protein GluD1 y type 10:
(a) a gene consisting of DNA having the base sequence represented by SEQ ID NO: 1, or
(b) a gene encoding a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2
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